Jihoeská univerzita v eských Budjovicí ch · 2013-01-04 · Prohlášení Prohlašuji, ţe...
Transcript of Jihoeská univerzita v eských Budjovicí ch · 2013-01-04 · Prohlášení Prohlašuji, ţe...
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích
Pedagogická fakulta
Katedra aplikované fyziky a techniky
Návrh a výroba plastové součásti.
DIPLOMOVÁ PRÁCE
Vedoucí práce: PaedDr. Alena Poláchová, Ph.D. Autor: Bc. Václav Číţek
University of South Bohemia
Faculty of Education
Department of Applied Physics and Technics
Design and production of a plastic komponent.
DIPLOMA THESIS
Supervisor: PaedDr. Alena Poláchová, Ph.D. Author: Bc. Václav Číţek
Prohlášení
Prohlašuji, ţe předloţená diplomová práce je mým původním autorským
dílem, které jsem vypracoval samostatně. Veškerou literaturu a další zdroje
z nichţ jsem při zpracování čerpal, v práci řádně cituji a jsou uvedeny v sezna-
mu pouţité literatury.
Prohlašuji, ţe v souladu s § 47b zákona č. 111/1998 Sb. v platném znění
souhlasím se zveřejněním své diplomové práce, a to v nezkrácené podobě,
fakultou elektronickou cestou ve veřejně přístupné části databáze STAG
provozované Jihočeskou univerzitou v Českých Budějovicích na jejích
internetových stránkách, a to se zachováním mého autorského práva
k odevzdanému textu této kvalifikační práce. Souhlasím dále s tím, aby toutéţ
elektronickou cestou byly v souladu s uvedeným ustanovením zákona
č. 111/1998 Sb. zveřejněny posudky školitele a oponentů práce i záznam
o průběhu a výsledku obhajoby kvalifikační práce.
V Českých Budějovicích dne 6.11.2012
Václav Číţek
Poděkování
Chtěl bych poděkovat za konzultace vedoucí mé diplomové práce
PaedDr. Aleně Poláchové, Ph.D.
ANOTACE
Teoretická část je zaměřena na hodnocení některých „základních“
plastů, pouţívaných v automobilovém průmyslu. Jsou zde popsány zásady kon-
struování a dimenzování plastových dílů, základní koncepce vstřikovacích fo-
rem a měření. Dále se věnuji přehledu moţných pouţívaných CAD systémů.
Praktická část je zaměřena na konkrétní plastový výlisek. Je zde
proveden základní popis dílu a výběr materiálu v závislosti na funkci dílu. Dále
je zhodnocena sloţitost dílu z hlediska zaformování a ukázána moţná náhrada
konstrukcí, která by byla z hlediska výroby jednodušší.
Celá práce je pro přehlednost doplněna obrázky, kresbami popřípadě
výkresy.
KLÍČOVÉ POJMY
Plasty, PA, Polyamid, PP, Polypropylén, PBT, Polybutyléntereftalát,
POM, Polyhydroxymetylén, PC, Polykarbonát, ABS, Akrylnitril-butadién-
styren, členění termoplastů, nasákavost, deformace, DIN 16901, smrštění,
tolerance, konstrukce, vstřikovací forma, CAD.
ANNOTATION
The theoretical part is focused on evaluation of chosen „essential“
plastics used in the car industry. The principles of construction and
proportioning of plastic components, basic conception of injection moulding
and measuration follow. Another section of the theoretical part presents
a summary of possible CAD systems, which are used.
The practical part is focused on a particular plastic moulding. It
includes the main description of a component with its material choice in
dependence on the component function. Another section contains evaluation of
the component complexity from the viewpoint of moulding, and a possible
substitution of constructions, which could be productively simpler, is shown.
The whole thesis is completed for better lucidity by pictures, drawings,
and mechanical drawings.
KEY WORDS
Plastics, PA, polyamide, PP, polypropylene, PBT, Polybutylene
teraphthalate, POM, Polyhydroxy methylene, PC, polycarbonate, ABS,
Acrylonitrile butadiene styrene, thermoplastic classification, absorbability,
deformation, DIN 16901, shrinkage, permissible variation, construction,
injection mould, CAD.
OBSAH
CÍLE DIPLOMOVÉ PRÁCE……………………………… 10
ÚVOD………………………………………………………… 11
TEORETICKÁ ČÁST
1. PŘEHLED NEJDŮLEŢITĚJŠÍCH TERMOPLASTŮ
POUŢÍVANÝCH V AUTOMOBILOVÉM PRŮMYSLU
……………….…………………………………………….. 14
1.1 Členění termoplastů ………………………………………. 14
1.2 Základní parametry nejpouţívanějších termoplastů. ……... 15
1.3 Porovnání nasákavosti u polyamidů ……………………… 22
1.4 Veličiny ovlivňující parametry plastických hmot………… 25
2. DEFORMACE PLASTŮ PŘI ZATÍŢENÍ……………………….. 27
2.1 Mechanické namáhání, deformace………………………… 27
2.1.1 Elastická deformace…………………………………….. 27
2.1.2 Viskózně-elastická deformace…………………………... 27
2.1.3 Viskózní deformace……………………………………... 28
2.2 Shrnutí……………………………………………………... 28
3. DIMENZOVÁNÍ VSTŘIKOVANÝCH PLASTOVÝCH
VÝLISKŮ………………………………………………… 30
3.1 Vlivy na rozměrové změny plastových dílů – grafické
znázornění………………………………………………… 30
3.2 Stanovování tolerancí u plastových výrobků
- norma DIN 16 901……………………………………… 31
3.2.1 Výtah z normy DIN 16 901 – smrštění při zpracování…. 31
3.2.2 Výtah z normy DIN 16 901 – obecné tolerance………… 32
3.2.3 Výtah z normy DIN 16 901 - rozměry spojené
s nástrojem, rozměry nespojené s nástrojem…………… 36
3.2.4 Výtah z normy DIN 16 901 – zúţení tolerancí ………… 37
3.2.5 Výtah z normy DIN 16 901 – formovací úkos………….. 37
3.2.6 Výtah z normy DIN 16 901 – podmínky pro přejímku….. 38
3.3 Stanovování tolerancí u plastových výrobků – obecný
princip……………………………………………………... 38
4. KONSTRUKCE DÍLŮ Z PLASTU……………………… 39
4.1 Konstrukce a dimenzování – oblast výlisku………………. 39
4.1.1 Tloušťka stěny…………………………………………… 39
4.1.2 Zaoblení…………………………………………………. 40
4.1.3 Úkosy……………………………………………………. 41
4.1.4 Podkosy………………………………………………….. 42
4.1.5 Ţebra…………………………………………………….. 43
4.1.6 Upevňovací výstupky……………………………………. 44
4.1.7 Rovinné plochy………………………………………….. 45
4.1.8 Dosedací plochy…………………………………………. 46
4.1.9 Otvory…………………………………………………… 47
4.1.10 Zálisky, zástřiky……………………………………….. 49
4.2 Konstrukce a dimenzování – spoje………………………... 49
4.2.1 Šroubové spoje…………………………………………... 49
4.2.2 Západkové spoje………………………………………… 49
4.2.3 Spoje ohybem…………………………………………… 51
5. KONSTRUKCE VSTŘIKOVACÍ FORMY……………. 52
5.1 Popis, pouţití a konstrukce formy………………………… 52
5.1.1 Zkušební formy…………………………………………. 52
5.1.2 Sériové formy…………………………………………… 54
5.1.3 Korekce forem…………………………………………... 57
5.2 Propojení formy s lisem…………………………………... 59
6. KONTROLA JAKOSTI………………………………….. 60
6.1 Měření………………………………….............................. 60
7. CAD SYSTÉMY POUŢÍVANÉ V AUTOMOBILOVÉM
PRŮMYSLU……………………………………………… 62
7.1 Catia V5…………………………………………………... 62
7.1.1 Catia V5 - modulární systém………………………….... 62
7.2 Unigraphics NX…………………………………………... 64
7.2.1 UG-NX - modulární systém……………………………. 65
7.3 CAD systémy …………………………………….......... 66
PRAKTICKÁ ČÁST
8. VYBRANÝ DÍL - POPIS, VÝBĚR MATERIÁLU,
ZAFORMOVÁNÍ ……………………………………….. 69
8.1 Popis dílu…………………………………………………. 69
8.2 Materiál dílu……………………………………………… 69
8.3 Konstrukce dílu………………………………………….. 70
8.4 Zaformování dílu………………………………………… 71
8.4.1 Zaformování dílu „Base“ ……………………………… 71
9. MOŢNÁ NÁHRADA SLOŢITĚ FORMOVATELNÉHO
DÍLU JEDODUŠŠÍM, PŘI ZACHOVÁNÍ FUNKČNOSTI
……………………………………………………………... 74
9.1 Úprava konstrukce………………………………………... 74
9.2 Zaformování dílu „New base“ …………………………… 75
9.3 Moţná koncepce formy „New base“ …………………….. 77
10. ZÁVĚR…………………………………………………… 78
11. SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY A PRAMENŮ…..79
10
CÍLE DIPLOMOVÉ PRÁCE
Při výběru tématu této diplomové práce bylo základním kritériem její
moţné vyuţití v praxi a to zejména při zaškolování nebo výuce nových za-
městnanců, kteří se seznamují s problematikou plastů.
Cílem tedy je, přinést přehled o základních, nejvíce pouţívaných
plastech v automobilovém průmyslu, u některých z nich ukázat moţný rozsah
pouţití, vlastnosti a přiblíţit konstrukční zásady, při návrhu výlisku.
V části praktické je pak cílem ukázat „způsob myšlení“ vývojového
pracovníka a praktické postupy při návrhu konkrétního dílu, jeho moţné
náhradě dílem, odlišně formovaným, tedy i odlišnou moţností výroby
a schématem nástroje.
Vyuţití této práce je moţné nejen v oblasti „praxe“, ale je moţné roz-
šířit pouţití i do oblasti školství, kdy se studenti mohou seznámit se stále více
se rozvíjejícím odvětvím a nahlédnou tak do oblasti konstrukce a zpracování
plastů.
11
ÚVOD
Existuje mnoho důvodů pro vyuţití plastů v automobilovém průmyslu.
Nejdůleţitějším argumentem je úspora hmotnosti, aniţ by se tím ovlivnily
bezpečnostní aspekty. Vedle této funkce však plasty v hojné míře podporují
moţnosti tvarování a designu.
Podíl plastů v moderní výrobě automobilů neustále stoupá. Dle
internetového čtrnáctideníku CADnews je podíl plastů následující:
„V průměrném automobilu je asi 750 dílů z plastu. Podíl termoplastů na
materiálovém sloţení osobního automobilu je tedy přibliţně 8%. Celková
hmotnost termoplastických materiálů v osobním automobilu se u různých typů
výrazně liší. Podle technické úrovně konstrukce a velikosti automobilu se
v případě střední třídy na výrobu jednoho automobilu pouţije obvykle 130 aţ
145 kg plastů. Největší podíl plastových dílců obsahuje karosérie, nejméně
podvozek. Podle druhu jsou nejvíc vyuţívané materiály na bázi polypropylenu
(35%), následují různé druhy polyamidů (14%), polyetylén (10%) a polymery
ABS (7%). Přitom stále stoupá podíl plastových dílů i v karosářské oblasti.“
Internetový čtrnáctideník CADnews [14] dále uvádí: „Nedostatek místa
ve voze nutí výrobce umísťovat plasty stále blíţe motoru nebo měřicích
senzorů. Proto je vysoká teplota a agresivita prostředí v blízkosti oleje novou
výzvou pro výrobce plastů. Většinou byly nahrazovány především hliníkové
díly automobilů termoplasty s tím, ţe bylo nutné dosáhnout asi 25-ti
procentního sníţení ceny a 50-ti procentního sníţení hmotnosti. Hledají nové
plasty k nahrazení i velmi horkých částí motorů, jako jsou olejové vany pod
klikovou skříní, a nové materiály, které by nadále nahrazovaly pouzdra loţisek,
táhla, převodníky a další součástky.“
Ze všech oblastí strojírenské výroby jsou aplikace plastů právě v auto-
mobilovém průmyslu ekonomicky nejefektivnější. Toto odvětví průmyslu je
tedy také jedním z jejich nejvýznamnějších odběratelů. Současné široké
uplatnění termoplastů při konstrukci a výrobě automobilů je výsledkem sladění
12
specifických poţadavků konstrukce a technologie výroby automobilů se
specifickými materiálovými vlastnostmi plastů a technologií jejich zpracování.
Je nutné poznamenat, ţe kaţdý plastový výlisek se neobejde bez jeho
návrhu v CAD. Návrh a realistické ztvárnění výrobku pomocí CAD systémů
umoţňují výrobci udělat průzkum, zda má výrobek poţadovaný tvar, kterým
zaujme a taktéţ otestovat vhodnost povrchových úprav a barevných řešení.
Kromě realistické vizualizace je moţné z CAD dat za pomoci rapid
prototypingu vyrobit i „hmatatelný“ model. To se děje ještě v době, kdy
potenciální zájemce o produkt netuší, ţe jde jen o „virtuální“ realitu. S pomocí
komentářů nebo výhrad ke tvaru a estetice výrobku se udělají úpravy na
virtuálním modelu a teprve následně se můţe začít s výrobou nástrojů pro
sériovou výrobu za nejniţších moţných nákladů.
13
TEORETICKÁ ČÁST
14
1. PŘEHLED NEJDŮLEŢITĚJŠÍCH TERMOPLASTŮ
POUŢÍVANÝCH V AUTOMOBILOVÉM PRŮMYSLU
1.1 Členění termoplastů
Zpracováno dle [1].
PAI
PES
PEI
PSU
APE
PC PPE
PS PVC
PMMA ABS
SAN CA, CAB
PP HDPE
LDPE
PA PBT
POM PET
PA-MXD6
PA6T PA46
PA6/6T
PPA
PPS
PAEK
LCP
amorfní částečně krystalické
standard
technické (konstrukční) termoplasty
vysoce jakostní polyamidy
vysoce jakostní termoplasty
Pyramida plastů
15
Zkratka Chemický název Obchodní název (příklad)
PAI Polyamidimid Torlon
PES Polyétersulfon Ultrason E
PEI Polyéterimid Ultem
PSU Polysulfon Ultrason S
APE Aromatický polyester Apec
FP Fluórpolymery Tefzel
LCP Liquid-crystal-polymery Vectra
PAEK Polyakryléterketony Ultrapeak
PPS Polyfenylensulfid Fortron
PPA Polyftalamid Amodel
PA6/6T PA částečně aromatizovaný Ultramid T
PA6T Polyamid 6T modifikovaný Arlen
PA46 více krystalický PA Stanyl
PA-MXD6 Polyarylamid Lxef
PC Polykarbonát Lexan
PPE Polyfenylenéter Noryl
PA Polyamid Ultramid, Spolamid, Silon
PBT Polybutyléntereftalát Pocan, Ultradur
PET Polyetyléntereftalát Rynite
POM Polyoximetylén Hostaform
PS Polystyrén Vystyron, Krasten
PVC Polyvinylchlorid Vestolid, Neralit
PMMA Polymetylmetakrylát Plexisklo, Umaplex
ABS Akrylonitril-butadién-styrén Novodur, Forsan
SAN Styrén-akrylonitril Luran
ASA Akrylester-styrén-akrylonitryl Luran S
CA/CAB Acetylcelulóza/acelobutyrát celulózy Cellidor
PP Polypropylén Hostalen PP, Celstran,
HDPE Polyetylén s vyšší hustotou Lupolen, Taboren, Liten
LDPE Polyetylén s niţší hustotou Lupolen, Taboren, Liten
1.2 Základní parametry nejpouţívanějších termoplastů.
Při hledání vhodného plastu pro určitou aplikaci jsou prvním kritériem
vlastnosti, které jsou základním předpokladem pro „úspěšnost“ konstrukce.
V této kapitole budou tedy uvedeny základní vlastnosti, v automobilovém
průmyslu, nejpouţívanějších plastů.
1. Polyamid 6 (PA6)
PA6 je částečně krystalický termoplast s bodem tání 215-225°C
a kompaktním vzhledem.
16
Důleţité vlastnosti:
Vysoká mechanická pevnost a tuhost.
Dobrá houţevnatost za studena.
Dobrá teplotní odolnost.
Vysoká nasákavost vodou (obsah vlhkosti ovlivňuje mechanické
vlastnosti). Čerstvě odstříknuté díly jsou křehké. Houţevnatost je
zlepšena následným kondicionováním (dodání vlhkosti). Při zvyšování
vlhkosti dochází k bobtnání, které můţe být příčinnou rozměrových
odchylek.
Dobré kluzné vlastnosti u neplněných materiálů (důleţité pro výrobu
ozubených kol).
Otěruvzdornost.
Dobrá odolnost vůči chemikáliím:
o Odolné vůči: Minerální oleje, rostlinné a ţivočišné tuky a oleje.
o Není odolný vůči: Koncentrované kyseliny, louhy.
Dobré izolační vlastnosti.
Bezproblémové zpracování, například vstřikováním.
Příklady pouţití:
součásti plynových pedálů, ozubená kola, skříně a kryty v motorovém prostoru,
drţáky kabelů
Zpracováno dle podkladů z [1].
2. Polyamid 66 (PA66)
PA66 je částečně krystalický termoplast s bodem tání 255-265°C
a kompaktním vzhledem. Mezi ostatními polyamidy se PA66 vyznačuje
zejména vysokou pevností, tvrdostí a vysokou odolností proti opotřebení.
Důleţité vlastnosti:
Vysoká mechanická pevnost a tuhost.
Dobrá houţevnatost za studena.
17
Dobrá teplotní odolnost.
Vysoká nasákavost vodou stejně jako u PA6 (obsah vlhkosti ovlivňuje
mechanické vlastnosti). Čerstvě odstříknuté díly jsou křehké.
Houţevnatost je zlepšena následným kondicionováním (dodání vlhkosti).
Při zvyšování vlhkosti dochází k bobtnání, které můţe být příčinnou
rozměrových odchylek.
Dobré kluzné vlastnosti u neplněných materiálů (důleţité pro výrobu
ozubených kol).
Otěruvzdornost.
Dobrá odolnost vůči chemikáliím:
o Odolné vůči: Minerální oleje, rostlinné a ţivočišné tuky a oleje.
o Není odolný vůči: Koncentrované kyseliny, louhy.
Dobré izolační vlastnosti.
Bezproblémové zpracování, například vstřikováním.
Příklady pouţití:
součásti plynových pedálů v aplikacích s vyšším namáháním, ozubená kola,
vedení řetězů, díly palivových čerpadel, palivové filtry, kluzná loţiska
Zpracováno dle podkladů z [1].
3. Polyamid 12 (PA12)
PA12 je částečně krystalický termoplast s bodem tání 175-185°C
a kompaktním vzhledem. Mezi ostatními polyamidy se PA12 vyznačuje
zejména nejmenší nasákavostí vodou, mechanické vlastnosti tohoto materiálu
jsou proto do značné míry nezávislé na vlhkosti.
Důleţité vlastnosti:
Vysoká mechanická pevnost a tuhost.
Dobrá houţevnatost za studena.
Dobrá teplotní odolnost.
18
Tvarová stálost za tepla není tak vysoká jako u PA6 a PA66 (vliv
významně niţší teploty tání).
Malá nasákavost vodou ve srovnání s PA6 a PA66.
Malé bobtnání, tzn. vyšší rozměrová stálost.
Dobré kluzné vlastnosti u neplněných materiálů (důleţité pro výrobu
ozubených kol).
Otěruvzdornost.
Dobrá odolnost vůči chemikáliím:
o Odolné vůči: Minerální oleje, rostlinné a ţivočišné tuky a oleje.
o Není odolný vůči: Koncentrované kyseliny, louhy.
Dobré izolační vlastnosti.
Bezproblémové zpracování, například vstřikováním, vytlačováním.
Příklady pouţití:
palivové potrubí, přesné díly zapalování, ozubená kola, vedení řetězů, palivové
filtry, kluzná loţiska
Zpracováno dle podkladů z [1].
4. Polypropylén (PP)
PP je částečně krystalický termoplast s bodem tání 164-168°C a kom-
paktním vzhledem.
Důleţité vlastnosti:
Nízká hustota z technických plastických hmot je PP termoplastem
s nejniţší hustotou.
Malá náchylnost k vytváření trhlinek.
Nízká odolnost vůči UV záření (je moţné zvýšit vhodnou stabilizací -
vynikajícím, a přitom velmi levným způsobem UV stabilizace je
pigmentace materiálu sazemi).
Nízká oxidační odolnost (moţno výrazně zvýšit stabilizátory).
Dobrá odolnost vůči chemikáliím.
19
Moţnost metalizace.
Dobrá zpracovatelnost, například vstřikováním a obrobitelnost.
Přiklady pouţití:
součásti plynových pedálů, skříně akumulátorů, krytky, nárazníky, spoilery,
palubní desky
Zpracováno dle podkladů z [1].
5. Polyhydroxymetylén (POM)
POM je částečně krystalický termoplast s bodem tání 164-177°C
a kompaktním vzhledem.
Důleţité vlastnosti:
Vysoká tvrdost, tuhost a houţevnatost (do -40°C).
Dobrá mechanická pevnost.
Vysoká tvarová paměť (pruţinový efekt).
Dobré kluzné vlastnosti díky tvrdému otěruvzdornému povrchu (niţší neţ
u PA).
Dobrá tvarová stálost za tepla.
Dobré dielektrické parametry.
Malá nasákavost vodou.
Dobrá odolnost vůči chemikáliím:
o Odolné vůči: Organická rozpouštědla, paliva neobsahující
metanol, zásady.
o Není odolný vůči: Kyseliny a oxidační látky.
Dobrá zpracovatelnost. Při teplotě 250°C dochází k rozpadu, coţ je
moţno poznat i z výrazného zápachu formaldehydu. Tato teplota nesmí
být při zpracování překročena.
Příklady pouţití:
součásti plynových pedálů, ozubená kola, kluzné elementy, pouzdra, loţiska,
20
víka a plnící hrdla nádrţí, části nádrţových modulů
Zpracováno dle podkladů z [1].
6. Polybutyléntereftalát (PBT)
PBT je částečně krystalický termoplast s bodem tání 218-228°C a kom-
paktním vzhledem.
Důleţité vlastnosti:
Vysoká tvrdost, tuhost a pevnost.
Relativně dobrá houţevnatost i za nízkých teplot.
Malá nasákavost ve srovnání s PA6 a PA66.
Malé bobtnání, tzn. vyšší rozměrová stálost.
Vysoká tvarová stálost za tepla.
Dobré kluzné vlastnosti a odolnost vůči opotřebení (plněné materiály).
Odolnost vůči chemikáliím:
o Odolné vůči: Minerální oleje, rostlinné a ţivočišné tuky a oleje.
Není odolný vůči: Koncentrované kyseliny a louhy.
Bezproblémová zpracovatelnost při pouţití dobře vysušeného granulátu
(obsah vlhkosti granulátu pod 0,02%).
Příklady pouţití:
skříně s poţadavkem na teplotní stálost – zejména pro uloţení senzoriky
a elektrické součástí
Zpracováno dle podkladů z [1].
7. Polykarbonát (PC)
PC je amorfní termoplast.
Důleţité vlastnosti:
Vysoká pevnost, tuhost, tvrdost a houţevnatost v širokém rozsahu teplot.
21
- bez vyztuţení v rozsahu od -150 do +135°C
- s vyztuţením v rozsahu od -150 do +145°C
Transparentní materiál s vysokým povrchovým leskem i bez následných
úprav.
Vysoká teplotní odolnost.
Dobré dielektrické vlastnosti a to i při vlivu vlhkosti.
Relativně dobrá odolnost vůči UV záření a odolnost vůči povětrnostním
vlivům, které je moţno dále zvýšit pouţitím vhodných stabilizátorů.
Dobrá rozměrová stálost, nasákavost vodou minimální.
Relativně těţko hořlavý se samozhášecími vlastnostmi, poţární odolnost
je moţno zvýšit pouţitím vhodných přísad.
Omezená odolnost vůči chemikáliím:
o Odolné vůči: Slabé kyseliny, solné roztoky.
o Není odolný vůči: Silné kyseliny, louhy, aromatické uhlovo-
díky, organická rozpouštědla.
Bezproblémová zpracovatelnost pouze při pouţití dobře vysušeného
granulátu. Obsah vlhkosti v granulátu nesmí přesáhnout 0,02%.
Příklady pouţití:
transparentní skříně, kryty, ochranné přilby, kryty světlometů, kontrolky
Zpracováno dle podkladů z [1].
8. Akrylnitril-butadién-styren-terpolymery (ABS)
ABS jsou amorfní termoplasty. Vlastnosti těchto materiálů je moţno
měnit změnou poměrného zastoupení jednotlivých sloţek. Akrylnitrilové
sloţky zvyšují chemickou a teplotní odolnost, butadienové sloţky zvyšují
rázovou houţevnatost zejména při nízkých teplotách a sniţují tvarovou stálost
za tepla.
Důleţité vlastnosti v závislosti na druhu:
Vysoká pevnost a tuhost.
22
Vysoká tvrdost a částečná odolnost proti poškrábání.
Vysoká tvarová stálost za tepla.
Relativně malá nasákavost.
Vysoká odolnost vůči chemikáliím.
Vhodné pro galvanizování.
I přes malou nasákavost, je nutno granulát ABS před zpracováním vysušit,
čímţ je zajištěn hladký povrch výstřiků bez bublinek.
Příklady pouţití:
krycí rámečky světlometů, chladiče, telefonické přístroje
Zpracováno dle podkladů z [1].
1.3 Porovnání nasákavosti u polyamidů
Vzhledem k mnoţství zpracovávaných polyamidů v automobilovém
průmyslu, je důleţité uvést a porovnat základní parametr polyamidů a to je
jeho nasákavost, která můţe negativně ovlivňovat konečné výrobky jiţ ve fázi
samotného zpracování, tzn. nedostatečně vysušený granulát, jednak samotný
díl, který po stabilizaci vodou změní své rozměry a tím i funkci jak dílu
samotného, tak i celé sestavy daného výrobku. V případě, ţe má takový díl
splňovat i poţadavky pevnostní, hraje zde tento parametr důleţitou roli, jak
ukazuje tabulka č. 2.
V následujících grafech č. 2 a č. 3 bude uvedeno porovnání některých
polyamidů z hlediska nasákavosti a to jak neplněných, tak i s podílem skelné
sloţky. Je zde vidět, jak přidané sklo pozitivně ovlivňuje tento negativní
parametr.
Pro úplné pochopení důleţitosti tohoto parametru budou v následující
tabulce č. 1 a grafu č. 1 uvedeny procentuální změny rozměrů a hmotností
některých nejpouţívanějších polyamidů.
Zpracováno dle podkladů z [1].
23
Tabulka č. 1 [1]
Rozměrové změny polyamidů z důvodu nasákavosti vodou
Nasycení při 23°C a 50% vlhkosti nasycení při 23°C ve vodě
změna hmotnosti
v %
délková změna
v % ve směru
na GF
délková změna
v % kolmo na GF
změna hmotnosti
v %
délková změna
v % ve směru
na GF
délková změna
v % kolmo na GF
PA66 2,80 0,36 0,36 8,60 2,40 2,40
PA66 GF30 1,70 0,10 0,17 6,00 0,42 1,32
PA66 GF50 1,20 0,07 0,14 4,50 0,32 0,93
PA6 GF30 2,10 0,09 0,26 6,50 0,30 0,94
Pozn. GF-glass fibre-skelné vlákno
Graf č. 1 [1]
24
Graf č. 2 [1]
3,00
9,50
2,80
8,50
0,90
2,50
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
Na
sá
ka
vo
st v
%
23°C/50%
vlhkost
ve vodě
23°C
23°C/50%
vlhkost
ve vodě
23°C
23°C/50%
vlhkost
ve vodě
23°C
PA6 PA66 PA12
Nasákavost neplněných plastů
Graf č. 3 [1]
0,80
4,50
1,70
5,50
0
1
2
3
4
5
6
Na
sá
ka
vo
st v
%
23°C/50% vlhkost ve vodě 23°C 23°C/50% vlhkost ve vodě 23°C
PA6 GF30 PA66 GF30
Nasákavost plněných plastů
25
V následující tabulce č. 2 budou zobrazeny základní pevnostní paramet-
ry materiálu PA66-GF30 za suchého stavu a po stabilizaci vodou.
Tabulka č. 2 [1]
Porovnání materiálů PA66 GF30 suchý/vlhký
hu
sto
ta
pevn
ost
v ta
hu
pro
tažen
í při
lom
u
E-m
od
ul
v ta
hu
rázo
vá
ho
uževn
ato
st
tep
lota
p
ou
žite
lno
sti
tep
lota
p
ou
žite
lno
sti
g/cm³ N/mm² % N/mm² kJ/mm² °C
krátkodobá. °C
dlouhodobá
PA66 GF30 suchý
1,36 190 3 10 000 45 200 130
PA66 GF30 vlhký 23/50 1,7% vody
1,36 130 5 7 000 60 200 130
1.4 Veličiny ovlivňující parametry plastických hmot
K tomu, abychom z plastů produkovali kvalitní výrobky, je nutné vzít
v úvahu některé parametry, které nám mohou výsledný produkt ovlivnit a to
jak jiţ ve fázi konstrukce, zpracování, ale například i skladování. Je však nutné
poznamenat, ţe i následná doprava k samotnému zákazníkovi nemusí
proběhnout zcela bez následků. V současném globálním světě se můţe jako
velice problémové ukázat například vyuţívání lodní dopravy, kde dle výše
uvedeného mohou takové plasty, jakými jsou polyamidy, absorbovat takové
mnoţství vody, ţe poţadované zákaznické parametry nemusí být po doručení
v deklarovaných hodnotách. Také je třeba počítat s tím, ţe na různých místech
světa bývá obvykle rozdílné podnebí, vlhkost, teplota a to jsou vše vlivy,
jejichţ podceňování by mohlo vést aţ váţným závadám celého produktu,
jakým je například motorové vozidlo.
Následně budou uvedeny parametry, které by mohly výsledný produkt
ovlivnit a to čtyřmi nejdůleţitějšími faktory: geometrie, zpracování, struktura
materiálu a namáhání.
26
Geometrie: rozměry
vruby
spoje (svary)
poloha vtoku
povrch
Zpracování: teplota taveniny
teplota nástroje
rychlost čela proudu taveniny při vstřikování
dotlak
Struktura: orientace molekul
orientace vláken
vnitřní pnutí
krystalizace
Namáhání: stav namáhání
čas
rychlost
počet cyklů (vibrace)
okolní prostředí
média
Zpracováno dle podkladů z [1].
27
2. DEFORMACE PLASTŮ PŘI ZATÍŢENÍ
„Plasty jsou zařazovány mezi viskózně elastické materiály, to znamená,
ţe jejich vlastnosti jsou určeny interferencí viskózního a elastického chování.
Dalším parametrem plastických hmot, je silná závislost jejich vlastností na
teplotě, která se projevuje v některých případech uţ i za pokojové teploty.
Oběma těmto faktorům (viskózní chování, závislost vlastností na
teplotě) je nutno věnovat při pouţívání plastických hmot zvláštní pozornost,
neboť představují zásadní odlišnost například ve srovnání s vlastnostmi
kovových materiálů.“
2.1 Mechanické namáhání, deformace
„Následkem mechanického namáhání materiálu dochází k jeho
deformaci. Tato deformace se principielně skládá ze tří sloţek.“
2.1.1 Elastická deformace
„Elastická deformace se vyznačuje tím, ţe kaţdému mechanickému
zatíţení působícímu na materiál je moţno přiřadit odpovídající deformaci
(protaţení, stlačení). Deformace je vyvolána v okamţiku zatíţení. Po odlehčení
dochází k okamţitému zrušení deformačních účinků, tzn. materiál opět nabývá
svůj původní tvar.
U elastických materiálů je poměr napětí a protaţení (deformace)
konstantní, tzn. jeho grafickým vyjádřením je přímka.“
2.1.2 Viskózně-elastická deformace
„U viskózně-elastických materiálů je při zatíţení rovněţ moţno po-
zorovat vývin deformace, ta však nedosáhne svého maxima okamţitě po
zatíţení, ale aţ s určitým časovým zpoţděním. Je moţno konstatovat, ţe v tom-
to případě zaostává deformace za působícím napětím (zatíţením)
Stejné chování je moţné pozorovat i po odlehčení. Po odstranění
zatíţení můţeme v první fázi pozorovat spontánní odbourávání deformace.
28
Materiál se však nevrací okamţitě do původního tvaru. Výchozího stavu je
dosaţeno aţ za delší dobu po odlehčení materiálu.
U viskózně-elastických materiálů nemá závislost deformace na napětí
tvar přímky, neboť v čase dochází ke změně strmosti, tzn. průběh deformace je
závislý na čase.“
2.1.3 Viskózní deformace
„Viskózní deformace je charakteristická tím, ţe materiál vykazuje při
konstantním zatíţení rostoucí deformaci. Deformování materiálu je po odlehče-
ní zastaveno, nedojde však a to ani po delší době k úplnému navrácení mate-
riálu do původního stavu, tzn. na zkušebním tělese je moţno pozorovat určitou
trvalou (zbytkovou) deformaci.
Rovněţ v případě viskózních deformací není závislost deformace na
napětí lineární, ale dochází k její proměně v čase.“
2.2 Shrnutí
„U ţádného materiálu nedochází v praxi k výskytu některého z dříve
popsaných způsobů deformace ve zcela čisté formě. Přesto je u některých
materiálů, například kovů, uvaţováno s čistě elastickými deformacemi –
Hookovým zákonem. Důvod tohoto přístupu je nutno spatřovat zejména
v matematické jednoduchosti vyjádření závislosti deformace na působícím
zatíţení. Z tohoto důvodu je obdobný postup pouţíván i u plastů, ovšem
s jedním omezením, které bude popsáno v následujícím.
Rovnice teorie pruţnosti (elasticity) jsou zaloţeny na předpokladu,
ţe mezi napětím a deformací existuje lineární závislost. Tato závislost je
Hookovým zákonem definována pomocí funkce:
Chování materiálu je v tomto případě známé, je-li znám jeho modul
pruţnosti E. U plastů tomu tak bohuţel není, neboť zde není moţno definovat
jednoduchou lineární závislost. Elastické chování je zde ovlivněno i viskózním
chováním, z čehoţ plyne změna závislosti deformace na napětí, která je
proměnná v čase. Kromě toho je tato závislost ovlivněna i teplotou.
ε = σ/E
29
Takové chování je moţné pozorovat i u kovů, ovšem aţ při výrazně
vyšších teplotách (Například u tepelně a mechanicky vysoce namáhaných dílů,
jako jsou například lopatky turbín, kde je na základě zkušeností uvaţováno
s 0,2% plastickou deformací).
Naproti tomu u plastických hmot je moţno takové chování pozorovat
jiţ při pokojových teplotách. Z tohoto důvodu má poznání závislost deformací
na napětí pro výpočet dílů zásadní význam.
Při výpočtech plastových dílů je moţné pracovat s materiálovými
parametry stanovenými na základě zkoušek provedených dle norem DIN.
U dlouhodobého zatíţení je při výpočtu pouţíváno křivek závislosti deformace
na době zatíţení, které jsou poskytovány přímo výrobcem plastů.
V této souvislosti je však nutné poznamenat, ţe v řadě případů není
moţné provést u plastových dílů exaktní pevnostní výpočty, potom je moţné
výpočty pouţít pouze pro první odhad rizika, které musí být dále ověřeny
praktickými zkouškami. Jiţ malé změny teplot, například z 60°C na 80°C,
mohou učinit výsledky výpočtů nepouţitelnými. Z tohoto důvodu není moţné
se nikdy zcela spolehnout na výsledky výpočtů a vypočtené hodnoty je nutné
ověřit praktickými zkouškami.“
Kapitola 2. citována dle podkladů z [1], z důvodu celkového přehledu a na
základě zkušeností získaných z Robert Bosch České Budějovice.
30
3. DIMENZOVÁNÍ PLASTOVÝCH VSTŘIKOVANÝCH
VÝLISKŮ
3.1 Vlivy na rozměrové změny plastových dílů – grafické
znázornění
následné smrštění
výrobní tolerance
výrobní tolerance formy
výrobní tolerance dílce
tolerance pro následné smrštění v normálním klimatu
výrobní z důvodu nasákavosti
výrobní z důvodu nasákavosti
nástroj- zadaný rozměr
Ideální korekce nástroje
nasáknutí vlhkostí
použití při vyšší
teplotě (nad 60°C)
kolísání rozměrů za
provozu
Převzato z Robert Bosch č.: TF00732, FV/PLK1
smrštění při zpracování
31
3.2 Stanovování tolerancí u plastových výrobků
- norma DIN 16 901
„Tolerance pro tvářené díly z plastů není moţné převzít ze základních
tolerancí ISO, neboť jejich přiřazování ke jmenovitým rozměrům podléhá
jiným zákonitostem.
Při výrobě tvářených dílů z plastů nelze zabránit výskytu odchylek od
jmenovitých rozměrů. Příčinou těchto odchylek jsou různé vlivy:
a) Výrobní rozptyl, který je závislý na:
- homogenitě formovací hmoty
- seřízení stroje
- teplotě nástroje
- deformaci nástroje pod tlakem
b) Stav nástroje
- výrobní tolerance nástroje
- opotřebení nástroje
- odchylky polohy pohyblivých částí formy
Při stanovování tolerancí plastových výrobků pouţíváme jako základní
vodítko normu DIN 16 901. Tolerance v této normě jsou stanoveny na základě
rozsáhlého praktického výzkumu.
Pro úplnost je nutné uvést, ţe tato norma byla zrušena, ale ţádnou jinou
tato nahrazena nebyla. Proto je i nadále konstruktéry vyuţívána, neboť jako
základní „stavební kámen“ je zcela dostačující a to hlavně u méně zkušených
konstruktérů s neznalostí procesů konstrukce a zpracování plastů.
Normu DIN 16 901 z hlediska tolerování dílů je:
Moţné pouţít pro rozměry tvářených dílů z plastů – termoplastů
i reaktoplastů vyrobené technologií lisování, tlakové vstřikování, lití.
Není moţné pouţít pro protlačované, vyfukované, taţené, sintrované.“
3.2.1 Výtah z normy DIN 16 901 – smrštění při zpracování
„Pod pojmem smrštění při zpracování VS je rozuměn rozdíl mezi
rozměry nástroje Lw při 23°±2°C a rozměry tvářeného dílu Lp, který je po
32
vyrobení uloţen na 16 hodin v normálním klimatu dle Din 50 014-23/50-2
a bezprostředně poté proměřen.“
„Radiální smrštění při zpracování VSR
Radiální smrštění při zpracování VSR je smrštění ve směru vstřikování.“
„Tangenciální smrštění při zpracování VST
Tangenciální smrštění při zpracování VST je smrštění kolmo na vstřikování.“
„Tangenciální smrštění při zpracování ΔVS
Rozdíl smrštění při zpracování ΔVS je rozdíl mezi radiálním a tangenciálním
smrštění při zpracování.“
3.2.2 Příklad pouţití normy DIN 16 901
Věcná poznámka zvyklostí v RBCB: Při tolerování dílů je obecně
zavedená zvyklost v RBCB tolerovat kaţdou kótu, která je na výkrese
obsaţena, není-li její tolerance uvedena v textu nad razítkem. Tolerance
stanovujeme z obecných tolerancí normy DIN 16 901 anebo přímo
z tolerančního výpočtu, kdy tato norma slouţí jako vodítko vyrobitelnosti.
K postupu při stanovování tolerancí: Čísla uvedená ve sloupci 4, ta-
bulky č. 3. Znamenají odkaz na odpovídající skupinu tolerancí v tabulce č. 4.
Například: Pro PA6 máme ve sloupci 4, skupinu tolerancí 140.
Následně pro poţadovaný rozměr vybíráme toleranci z první části tabulky
všeobecných tolerancí pro skupinu 140. Kdyţ tedy potřebujeme určit
všeobecnou toleranci, například pro rozměr 7 mm, vyhledáme dle výše uvede-
ného toleranci ±0.24 respektive ±0.14. Rozdíl v těchto hodnotách bude
vysvětlen v kapitole 3.2.3.
33
Tabulka č. 3
34
35
Tabulka č. 4
36
3.2.3 Výtah z normy DIN 16 901 - rozměry spojené s nástrojem,
rozměry nespojené s nástrojem
„Rozměry spojené s nástrojem dle tabulky č. 4 jsou takové rozměry,
které se nacházejí na stejné části nástroje (obr. č. 1)
Rozměry nespojené s nástrojem dle tabulky 4 jsou takové rozměry,
které jsou vytvářeny spolupůsobením pohyblivých částí formy. Můţe jít
například o tloušťku stěny nebo dna, které jsou ovlivňovány působením
šoupátka nebo jsou formovány oběma základovými deskami. (obr. č. 2)
Tolerance pro tyto rozměry jsou větší neţ u rozměrů spojených
s nástrojem, neboť pohyblivé části nástroje nemají při uzavírání formy vţdy
stejnou konečnou polohu.“
Obrázek č. 1
Obrázek č. 2
37
3.2.4 Výtah z normy DIN 16 901 – zúţení tolerancí
„U jednotlivých rozměrů je moţno s vyuţitím speciálních opatření
dosáhnout i menších tolerancí neţ jsou tolerance dle tabulky č. 4.
Pro jemnou mechaniku (přesné dílce) platí hodnoty dle posledních dvou
řádek v tabulce č. 4.“
3.2.5 Výtah z normy DIN 16 901 – formovací úkos
„Vzhledem k tomu, ţe při formování musí být díl vytaţen z formy, je
nutné, aby byla dutina formy úkosována. Tento úkos musí být předepsán ve
výkresové dokumentaci. Z výkresu musí být patrné, na které straně formo-
vacího úkosu platí jmenovitý rozměr (blíţe dle obrázků č. 3, 4, 5).“
Obrázek č. 3: Jmenovitý tvar tvářeného dílu
Obrázek č. 4: Formovací úkos „plus“, více materiálu oproti jmenovitému tvaru
38
Obrázek č. 5: Formovací úkos „mínus“, méně materiálu oproti jmenovitému
tvaru
3.2.6 Výtah z normy DIN 16 901 – podmínky pro přejímku
„Přejímku je moţno provádět nejdříve 16 hodin po tváření a v „normál-
ním“ klimatu dle DIN 50 014-23/50-2. Také měření dílu je moţno provádět
nejdříve po 16 hodinách, nejlépe však po 24 hodinách.
Následné případné zpracování (kondicionování nebo tepelné zpraco-
vání) musí být sjednáno mezi odběratelem a dodavatelem.“
3.3 Stanovování tolerancí u plastových výrobků – obecný
princip
Základem pro stanovení tolerancí je však toleranční výpočet, který řeší
závislosti jednotlivých dílů v sestavě. Je nutné si však uvědomit, ţe tolerance
by měla být stanovena na základě vyrobitelnosti. To znamená předepisovat
takové tolerance, které je moţné technologicky a procesně zvládnout.
39
4. KONSTRUKCE DÍLŮ Z PLASTU
V průběhu návrhu součásti bereme v úvahu čtyři základní podmínky na
budoucí výrobek a to:
Funkčnost – výrobek musí splňovat všechny funkce, které
poţadujeme. Funkčnost součásti musí být zajištěna po celou dobu
ţivotnosti plastového dílu (přibliţně 5 let, podle druhu výrobku), neboť
porušené plastové díly lze obtíţně anebo nelze vůbec opravit.
Technologičnost – tímto pojmem nazýváme zásady dodrţení co
nejrychlejšího a nejplynulejšího naplnění dutiny formy taveninou, při
kterém dochází k prudkým změnám tlaku a teploty. Je nutné vyvarovat
se ostrých hran, přechodů, velkých změn průřezů, apod., aby nedochá-
zelo k vnitřnímu pnutí, smrštění, víření proudu taveniny, atd.
Estetičnost (design) – řešení tvaru má být v souladu s funkcí výrobku,
s prostředím, kde bude poţíván, s materiálem a technologií. Pro
estetické řešení lze s úspěchem vyuţít výhod tvářecích technologií
a navrhovat oblé a nepravidelné tvary, ale i dojem lehkosti a ladnosti.
Ekonomičnost – řešení v závislosti na sloţitosti tvaru součásti a tím
i na ceně formy, stroje a potaţmo tedy i velikosti série.
4.1 Konstrukce a dimenzování – oblast výlisku
4.1.1 Tloušťka stěny
Tloušťka stěny výlisku má být pokud moţno minimální, aby se zame-
zilo moţnosti vzniku povrchových propadlin a vnitřních staţenin (lunkrů).
Optimální tloušťkou stěny dosáhneme zmenšení časového rozdílu mezi
chladnutím povrchu a jádrem stěny. Zároveň tak sníţíme spotřebu materiálu
a zkrátíme dobu chlazení ve formě. Minimální přípustná tloušťka stěny je
určena poţadovanou tuhostí, pevností a rozměrností výlisku.
Konstruktér by se měl při návrhu výrobku také řídit základním
pravidlem – „jednotná tloušťka stěny“. Obvyklá tloušťka stěny se pohybuje
v rozmezí 0,5 – 6 mm, dle druhu plastu. Při různých tloušťkách stěn výlisku by
40
přechod neměl překročit 50% tloušťky stěny a měl by být pozvolný nebo
zaoblený, aby nevznikaly ostré kouty s vrubovým účinkem. Malé a střední
výlisky mají tloušťku stěny obvykle 1-3 mm a velké 3-6 mm. Na základě praxe
se nedoporučují stěny pod 0,5 mm a nad 8 mm. Tlusté stěny zpomalují
vstřikovací cyklus, protoţe zpomalují chlazení a navíc dochází k propadání,
staţeninám či dokonce bublinám uvnitř výlisku.
Rovnoměrnost tloušťky stěny je podmínkou pro stejnou a rovnoměrnou
rychlost proudu taveniny ve formě, stejnou rychlost chlazení ve všech místech
výstřiku, stejné smrštění a minimální vnitřní pnutí.
U výlisků s různou tloušťkou stěny vzniká víření taveniny,
nerovnoměrná orientace makromolekul a větší vnitřní pnutí. Následkem tohoto
takový výlisek vykazuje větší smrštění a další pnutí vzniká v místě styku
s další stěnou. Následkem tohoto jsou deformace nebo dokonce praskání
výrobku ihned po vystříknutí, jindy třeba aţ po týdnech.
Obrázek č. 6: Přechody v tloušťce stěny [1]
a) špatné řešení
b) lepší řešení
c) dobré řešení
4.1.2 Zaoblení
Oblé tvary jsou výhodné z hlediska snazšího proudění taveniny a v dne-
šní době se většina výrobků konstruuje jako oblé nepravidelné tvary bez
41
ostrých hran. Čím větší je rádius zaoblení, tím menší jsou odpory proti průtoku
materiálu a tím menší je koncentrace napětí v místě ohybu.
Stěna musí být v průběhu zakřivení stejně tlustá. Totéţ platí při
spojování dvou stěn. Zaoblení zlepšuje nejenom jakost, ale i pevnost a odolnost
proti nárazům, sniţuje odolnost proti praskání, vnitřní pnutí a v neposlední řadě
se tím usnadňuje výroba forem.
Ostré hrany se snadno vyštipují a působí jako vruby. Vnější rádius
zaoblení stěny bývá o tloušťku stěny větší, neţ rádius vnitřní, takţe stěna je
v celém průběhu zakřivení stejně tlustá.
Zaoblení má byt provedeno na vnitřní i vnější straně a poloměr zaoblení
má být ¼ aţ ¾ tloušťky stěny v daném místě. Další zvětšování poloměru jiţ
nemá výrazný vliv na jakost výrobku.
Obrázek č. 7: Zaoblení hran a rohů [1]
a) chybné b) správné
Zpracováno dle podkladů z [1].
4.1.3 Úkosy
Pro snazší vyjímání dílu z formy mají mít stěny výlisku úkosy,
rovnoběţné se směrem otevírání formy. Minimální doporučené úkosy na
výlisku jsou 0,5 – 1°. Úkosy se také liší podle toho, zda bude mít výrobek
povrchový dezén nebo nikoliv. Pro výrobky bez dezénu platí výše uvedené
hodnoty, pro výrobky s povrchovým dezénem platí, ţe na kaţdý 1° výrobního
úkosu můţe být hloubka dezénu max. 0,02 mm.
42
Technologické úkosy se dělají jak u hlavních ploch, tak i na
jednotlivých částech výrobku, tedy u otvorů, ţeber, apod.
Zpracováno dle podkladů z [1].
4.1.4 Podkosy
Podkosy jsou opakem úkosů, neboť mají opačný sklon, bránící
vyjímání výrobků z formy, jsou to tedy tvarové části, které jsou kolmé nebo
šikmé ke směru vyjímání výrobku.
Podkosy prodraţují formu, neboť je nutné volit komplikovanější
konstrukci nástroje.
Obrázek č. 8: Moţná úprava výlisku s „podkosem“ [1]
a) chybně - nálitek tvoří podkosy
b) lépe - nálitek protaţen do dna
c) správně – úprava konstrukce
Obrázek č. 9: Moţná úprava výlisku s bočním nálitkem [1]
a) chybně - nálitek tvoří podkos
b) lépe - nálitek protaţen do dna (změna dosedací plochy)
c) správně – úprava konstrukce
Zpracováno dle podkladů z [1].
43
4.1.5 Ţebra
Ţebra se velmi často pouţívají k vyztuţení výlisků a umoţňují tak
pouţít menší tloušťku nosných stěn. Dalším důvodem pro pouţití ţeber je
odstranění neţádoucích deformací při a po chladnutí výlisku. Profil ţebra musí
mít určitý vztah k tloušťce stěny. Při nedodrţení zásad konstrukce ţeber můţe
dojit k tvorbě lunkrů, rozměrovým změnám a na zadní stěně proti ţebru se
obvykle objeví mělká rýha, vzniklá následkem nahromadění materiálu v místě
připojení ţebra ke stěně. Tomuto vzhledovému porušení zadní stěny lze
předejít např. úmyslným vytvořením dráţky.
Podle toho, k čemu ţebra slouţí, můţeme je rozdělit na technická –
vyztuţují a zvyšují pevnost, technologická – sniţují deformace, borcení stěn
vlivem vnitřního pnutí a zakrývají povrchové vady a ozdobná – zlepšují vzhled
ploch. Ţebra mají mít dostatečné úkosy a všechny hrany musí být zaobleny.
Výška a profil křiţujících se ţeber mají být z důvodu vnitřního pnutí
vţdy stejné. Je nutno dbát na to, aby v místě křiţování ţeber a také v místě
připojování ţeber ke stěnám nenastalo hromadění materiálu.
Obrázek č. 10: Různé způsoby ţebrování [1]
44
Obrázek č. 11: Ukázka ţebrování na výrobku (fa. SKD Bojkovice, fa. RB
České Budějovice) [8]
4.1.6 Upevňovací výstupky
Upevňovací výstupky pro průchozí nebo závrtné šrouby, nýty, kolíky,
čepy mají být provedeny tak, aby nevznikalo nebezpečí nahromadění materiálu
a nevznikalo tedy nebezpečí vzniku lunkrů a potaţmo tedy ulomení
upevňovacího výstupku. K vyztuţení výstupku by se měla pouţít ţebra.
Tloušťka ţeber by měla být 0.8 mm tloušťky stěny. Veškeré přechody stěn
musí být zaoblené. Upevňovací stěny a jejich napojení na samotný výrobek
musí být řešeno tak, aby při dotahování nepraskaly.
a) u stěny
b) v rohu
c) pro šrouby
Obrázek č 11: Upevňovací výstupky [1]
45
Obrázek č. 12: Ukázka upevňovacích výstupků (výřez z CAD – fa. RBCB)
4.1.7 Rovinné plochy
U velkých rovných stěn dochází vlivem nerovnoměrného smršťování
k deformacím. Řešením je vyţebrování této oblasti nebo úmyslné vyklenutí
plochy oproti deformaci .
Obrázek č. 13: Úprava rovinného dna proti deformacím [1]
a) dno bez úprav s naznačenou deformací
b) vypouklé
c) dno vyztuţené kříţovými ţebry
d) vyduté dno
Zpracováno dle podkladů z [1].
46
4.1.8 Dosedací plochy
Konstrukce a uspořádání dosedacích ploch by mělo být řešeno tak,
aby i při deformaci výrobku byla zajištěna jeho stabilita. Přidaná ţebra zároveň
plní i funkci vyztuţení. Dosedací plochy by měly být malé a mělo by jich být
co nejméně (dosednutí na tři body) a jejich uspořádání takové, aby i při
deformaci výrobku zajišťovaly přesnost a stabilitu dosednutí.
Je důleţité zamezit dosednutí výrobku na celou plochu, která nebude
vlivem smrštění a následnému zkroucení, nikdy dokonale rovná. Výrobek se
vlivem tohoto můţe kolébat a můţe dojít k jeho poškození nebo posunutí
funkčních ploch.
Obrázek č. 14: Dosedací plochy [1]
a) prohloubení okraje (usazování nečistot)
b) kruhové zesílení dna
c) prodlouţení obvodové stěny
d) prstencová stěna
e) dosedací čočky
Zpracováno dle podkladů z [1].
47
4.1.9 Otvory
Otvory jsou tvořeny částí formy, která se nazývá jádro. Dle rozdělení
mohou být průchozí nebo slepé. Při tuhnutí se materiál smršťuje na jádro
a proto by mělo být konstruováno s úkosem 1°. Úkos samozřejmě volíme
vzhledem ke konstrukci dílu, proto můţe být v určitých případech volen i
menší. Někdy je nutné určitou část otvoru, vzhledem ke konstrukci konstruovat
i bez úkosu.
Obecně však platí, ţe otvory mají být co největší a co nejkratší, aby
nedošlo k porušení tvarové části formy. Je-li otvor neprůchozí, je nutné mít na
paměti, ţe tenké dno se při smršťování také deformuje.
Obrázek č. 15: Neprůchozí otvory [1]
a) chybné řešení - ostrá vnější i vnitřní hrana, nebezpečí vzniku trhlin
b) správné řešení
c) správné řešení
Obrázek č. 16: Otvory – příklad aplikace [1]
a) neprůchozí otvor
b) neprůchozí otvor s rozšířeným průměrem v nefunkční části
c) průchozí otvor
d) průchozí otvor s rozšířeným průměrem v nefunkční části
48
Obrázek č. 17: Boční otvory – příklad aplikace [1]
a) s vnitřním výstupkem – vlevo chybně, vpravo správně
b) s vnějším výstupkem a bez výstupku (formování bočními jádry)
c) kruhový otvor (formováno bez bočních jader)
d) čtvercový otvor (formováno bez bočních jader)
e) otvor bez bočního jádra
Obrázek č. 18: Šikmé a lomené otvory [1]
a) s pouţitím šikmých jader
b) bez šikmých jader
c) se šikmým jádrem
d) bez šikmých jader
e) bez šikmého jádra
f) lomené otvory bez šikmého jádra
g) lomené otvory bez šikmého jádra
h) lomené otvory bez šikmého jádra
i) vnitřní zalomený otvor (neproveditelné)
j) vnitřní shora otevřený zalomený otvor
Zpracováno dle podkladů z [1].
49
4.1.10 Zálisky, zástřiky
Kovové vloţky (zálisky) slouţí pro zpevnění závitového spoje. Řešeny
jsou takto i elektrické kontakty, kovová stínění apod. Celek pak tvoří
nerozebíratelné spojení.
Je třeba si uvědomit, ţe zálisky mají vliv na rovnoměrné chlazení, vznik
vnitřního pnutí, výrobní cyklus a v neposlední řadě i na manipulaci.
Obrázek č. 19: Zástřiky (Sensor cover - fa. RB České Budějovice) [5]
4.2 Konstrukce a dimenzování – spoje
4.2.1 Šroubové spoje
Tato skupina zahrnuje rozsáhlý sortiment šroubů, matic, nýtů,
závitových tyčí a to jak v plastovém provedení tak samozřejmě v provedení
kovovém. Na všechny tyto prvky jsou kladeny pevnostní poţadavky jak při
statickém, tak dynamickém namáhání. Všechny tyto prvky jsou ošetřeny
normami, které je moţné při konstrukci vyuţít.
4.2.2 Západkové spoje
Západkový spoj je integrován přímo do konstrukce dílu, a proto
eliminuje pouţití dodatečných spojovacích materiálů, například kovových
šroubů. V důsledku to znamená úsporu nákladů a to jak s ohledem na další díl,
tedy skladovou poloţku, tak i případný montáţní čas. Operace spojování plastů
pomocí pruţných elementů je jednoduchá, vyţadující obvykle pouze přímé
50
zasunutí. Tyto spoje mohou být navrhovány i jako rozebíratelné a umoţňují
tedy opravy výrobků.
Základním principem pruţného spoje je krátkodobá deformace
pruţného členu, po níţ se deformovaná část vrátí do původního „tvaru“, bez
plastických efektů. V případech jednorázových spojení mohou tyto deformace
nabývat velkých hodnot. Pokud poţadujeme častou demontáţ, volí se defor-
mace přiměřeně niţší.
Nevýhodou pruţného spojení je náročnost na „konstrukční“ a výrobní
přesnost a následná náchylnost na moţné poškození při montáţi nebo
manipulaci s dílem, neboť poškozením pruţného spoje dojde ke znehodnocení
celého dílce.
[1]
[3]
Obrázek č. 20: Pruţné spoje ( [1], [3], výřez z CAD – RB České Budějovice)
51
4.2.3 Spoje ohybem
Takovéto spojení lze s úspěchem vyuţít u výrobků, které je nutné
například po montáţi zavřít. Celý díl je formován v jednom nástroji a je zde
tedy značná finanční úspora. Tohoto systému se vyuţívá jak pro rozebíratelné,
tak i nerozebíratelné spoje.
Další moţností uţití takovéto konstrukce je například pohyblivý závěs
dvou různých dílů které vůči sobě konají v sestavě nějaký relativní pohyb,
avšak musí tvořit relativně pevný funkční celek.
Obrázek č. 21: Pohyblivý závěs (viz. šipka) – praktické pouţití – APM Nissan
(výrobce: Robert Bosch České Budějovice)
52
5. KONSTRUKCE VSTŘIKOVACÍ FORMY
V této kapitole budou krátce rozebrány obecné činnosti, které jsou
důleţité pro to, aby navrţený plastový výrobek, který máme na „monitoru“,
dostal fyzickou podobu.
Obrázek č. 22: Vstřikovací formy [6]
5.1 Popis, pouţití a konstrukce formy
Konstrukce formy vychází z počtu potřebných kusů a fáze vývoje, ve
které se daný produkt nachází. Obecně bychom mohli rozdělit formy na
zkušební a sériové. Zkušební formy pouţíváme při ukončení nebo v průběhu
základního vývoje, abychom mohli vyrobit malou sérii dílů, nutnou pro
provedení zkoušek, za účelem ověření správnosti konstrukce.
5.1.1 Zkušební formy
Zkušební nástroje jsou koncipovány s ohledem na rychlost výroby
a relativně malou produkci dílů. Výroba zkušební formy je plánována, dle
sloţitosti dílu, a materiálu nástroje v rozmezí šesti aţ deseti týdnů na první
výpadové kusy. Tyto nástroje se obvykle koncipují jako „formovací vloţky“,
které jsou následně upevněny do univerzálního chlazeného rámu. Materiál
vloţek je volen dle předpokládané velikosti produkce, přesnosti a kvality dílů.
V případě menšího počtu kusů a „relativně“ niţší poţadované kvalitě
při menší časové náročnosti výroby nástroje a hlavně niţší ceně, je volen
materiál hliník. V případě, ţe bychom se parametry na lisu a zejména kvalitou
53
dílů chtěli přiblíţit sériovému nástroji, volíme nekalenou nástrojovou ocel. Je
však třeba připomenout, ţe cena ocelového nástroje je oproti nástroji z hliníku
téměř na dvojnásobku ceny. Co se týče mnoţství dílů, je hliníkový nástroj
pouţitelný do max. 1000 vyrobených kusů. U ocelového nástroje je hranice
pouţitelnosti 5000 ks, avšak po úpravách můţeme tuto hranici i výrazně zvýšit.
Zkušební nástroje jsou ve většině případů ručně rozebíratelné, po
vyjmutí dílu jsou vloţky opět ručně sloţeny, zaloţeny do formy a cyklus se
opakuje.
Z výše uvedeného vyplývá, ţe při výrobě dílu není moţné přesně
dodrţet vstřikovací podmínky a kvalita dílu samotného, tedy není stoprocentní.
Pokud bychom i ve zkušební fázi poţadovali kvalitu dílu, přibliţující se
sériovému stavu, měli bychom volit takovou konstrukci nástroje, aby bylo
moţné drţet vstřikovací parametry tak, jak předepisuje materiálový list.
Na obrázku č. 23 je vidět zkušební nástroj, který se velmi přibliţuje
nástroji sériovému, materiál ocel, plně prochlazené vloţky a automatické
vyhazování dílu, bez nutnosti jakéhokoliv „ručního“ zásahu zvenčí.
Vstřikovací cyklus se potom pohybuje kolem 50 s, zatímco vstřikovací časy
u ručně rozebíratelných vloţek jsou řádově v minutách. Obrázek č. 24 přibli-
ţuje formovací dutinu formy z obrázku č. 23.
Obrázek č. 23: Jednonásobná zkušební ocelová vstřikovací forma, konstrukčně
koncipovaná jako sériová. Tedy s automatickým vyhazováním a prochlazená.
54
Obrázek č. 24: Formovací dutina nástroje
5.1.2 Sériové formy
Koncepce sériových nástrojů se plně podřizuje rychlosti cyklu, tedy
dodrţení parametrů a kvalitě lisovaného dílu. Tyto nástroje jsou plně
automatické, s dostatečným chlazením a díly jsou produkovány jasně
definovaným procesem bez vnějšího zásahu.
Samotná konstrukce formy vychází z analýzy Moldflow, která by měla
poskytnout představu o průběhu tečení materiálu v dutině, v závislosti na
zvoleném místě vtoku a také ukázat předpokládané smrštění dílu dle
poţadovaných zadaných parametrů. Na obrázku č. 25, a č. 26 je ukázka
moţných výstupů simulace Moldflow.
Obrázek č. 25: Ukázka výstupu ze simulace tečení – Moldflow (fa. Hella [7])
55
Obrázek č. 26: Ukázka výstupu ze simulace tečení – Moldflow – deformace
Při konstrukci a návrhu sériové formy se v širokém měřítku uplatňují
normalizované díly (normálie), a to jednak samotné jednotlivé části, jako jsou
desky, vyhazovače, vodící sloupky, tak i celé systémy. Na obrázku č. 27 jsou
ukázky normálií od firmy Hasco.
Obrázek č. 27: Ukázka normalizovaného systému pro výrobu vstřik. forem [9]
Čas výroby sériové formy se dle její sloţitosti pohybuje na hranici
16-18 týdnů pro první výpadové kusy (týká se dílů pro výrobky APM -
Accelerator pedal module). Po vyhodnocení prvních výpadových kusů násle-
dují korekce, o kterých je krátká zmínka v kapitole 5.1.3. Na obrázku č. 28 je
pohled na část tvarové desky sériové formy se všemi tvary, vloţkami, pojezdy,
56
ze kterého je tedy moţné udělat si obrázek, jak sloţité mohou být procesy
vedoucí k jejímu uvolnění pro sériovou produkci. Obrázek č. 29 potom ukazuje
díl, který tato forma „produkuje“ a konečný produkt, do kterého tento díl
vstupuje.
Obrázek č. 28: Tvarová deska sériové vstřikovací formy
Obrázek č. 29: Plastový výlisek a pohled na celou sestavu APM Nissan
57
Obrázek č. 30: CAD model formy a pohled na reálný nástroj
(konstrukce fa. Kasko s.r.o.) [10]
5.1.3 Korekce forem
V odstavci 5.1.1 a 5.1.2 bylo obecně popsáno rozdělení vstřikovacích
forem a nastíněny potřebné procesy, které předchází jejich konstrukci a výrobě.
Následně bude stručně nastíněn proces uvedení nástroje do sériového procesu.
Po dokončení výroby formy je tato nasazena na lis a provedeno
zkušební lisování. Díly by měly být 24 hodin stabilizovány a následně dle
„označeného“ výkresu proměřeny (ukázka viz obr. č 31). Na základě toho-to
měření je vydán měrový protokol, kde je uvedena kaţdá kóta z výkresu.
Následně je odpovědným pracovníkem, ve většině případů je to konstruktér
dílu, provedeno vyhodnocení tohoto protokolu a stanoveny korekce, tedy
rozměry, které nejsou v toleranci a je tedy potřeba vhodným způsobem provést
úpravu (korekci) nástroje. Na obrázku č. 32 je ukázka vyhodnoceného měro-
vého protokolu.
Takováto oprava nástroje je prováděna několikrát a to do té doby, neţ je
měřený díl kompletně dle výkresové dokumentace. Následně je nástroj uvolněn
do výroby a to i po technologické stránce.
V praxi to znamená, ţe parametry lisování nastavené na vstřikovacím
stroji, které byly pouţívány pro uvolnění, budou pouţívány po celou dobu
produkce tohoto dílu. Toto vše, včetně kontrolních náměrů dílů, je v průběhu
výroby kontrolováno, dokládáno protokoly a archivováno pro připadnou
zpětnou dohledatelnost při jakémkoliv výskytu vady na výrobku.
58
Obrázek č. 31: Výřez „označeného“ výkresu
Obrázek č. 32: Ukázka měrového protokolu, příprava pro korekci
59
5.2 Propojení formy s lisem
Pro úplnost této kapitoly je vhodné uvést alespoň základní funkční
schéma propojení nástroje s lisem, viz. obrázek č. 33.
Obrázek č. 33: Schéma propojení vstřikovací lis [15]
60
6. KONTROLA JAKOSTI
6.1 Měření
Pro měření plastových dílů se z hlediska měření pouţívají metody, které
jsou obecně shodné jako při měření dílů kovových. Obecné tolerance řešila
norma DIN 16 901 (viz kapitola 3). Geometrické tolerance jsou řešeny stejně
jako u neplastových výrobků. Pro úplnost bude dále uveden přehled pro
tolerance tvaru a polohy, viz obr. č. 34 a č. 35.
Obrázek č. 34: Geometrické tolerance – přehled [14]
61
Obrázek č. 35: Geometrické tolerance – přehled [14]
62
7. CAD SYSTÉMY POUŢÍVANÉ V AUTOMOBILOVÉM
PRŮMYSLU
V této kapitole budou popsány nejzákladnější programy, které jsou
pouţívány v automobilovém průmyslu při tvorbě dokumentace.
7.1 Catia V5
„Je CAD systém firmy Dassault Systèmes – Francie. Computer –
Graphics Aided Three Dimension Interactive Application. Počítačovou
grafikou podporovaná třírozměrná interaktivní aplikace.
Na obrázku č. 36 je pohled na základní rozloţení pracovní části systému
Catia V5“
Obrázek č. 36: Catia V5 – pohled na „obrazovku“ [11]
7.1.1 Catia V5 - modulární systém
„Řešení CATIA jsou nabízena nejen jako samostatné produkty
(moduly), ale rovněţ jako zkompletovaná logická seskupení produktů
63
(konfigurace), které odpovídají obvyklým uţivatelským profilům v
průmyslových i výrobních oblastech. Konfigurace jsou vlastně balíky
programů, specificky upravené pro profese, které se ve vývoji a přípravě
výroby běţně vyskytují. Ve většině případů by měla některá z konfigurací
splňovat nároky uţivatele, ale v případě potřeby dalších funkcí je moţné ke
konfiguraci kdykoli přidat jeden nebo více samostatných produktů. Takto je
moţné sestavit patřičnou kombinaci funkcí, pro potřeby konkrétní společnosti.“
„Mechanical Design Solution“
„Mechanická konstrukce - Intuitivní 3D objemové modelování (Part
Design), modelování ploch, práce s plechy, tvorba a práce se sestavami, tvorba
výkresů. Mechanická konstrukce je skupina aplikačních modulů pro vývoj
CAD modelů obecných strojírenských konstrukcí s cílem vytvořit plně
editovatelný parametrický model s řadou geometrických a technologických
features a plnou asociativitou. Technická výkresová dokumentace vzniká
projekcí modelů nebo přímým kreslením.“
„Shape Design & Styling Solution“
„Tvarování a styling - Produkty pro vytváření, řízení a modifikace
jednoduchých i sloţitých ploch - specializované aplikace pro nejvyšší
poţadavky v oblasti volného i parametrického designu na bázi povrchového
modelování. Zahrnuje také specializované nástroje určené pro profesionální
poţadavky vývoje v oblasti automobilového karosářství.“
„Product Synthesis“
„Syntéza produktu - nástroje pro kontrolu digitálního prototypu a pro
simulace jeho funkčnosti - aplikace určené pro virtuální analýzu a hodnocení
funkčnosti komplexního průmyslového výrobku během celého jeho ţivotního
cyklu. Tento zahrnuje jeho finální montáţ, simulace uţitných funkcí, vlastností
a servisních výkonů a také závěrečnou demontáţ po uplynutí ţivotnosti.
Aplikace jsou uzpůsobeny pro práci s velmi rozsáhlými sestavami ve formě
64
tzv. digitálních prototypů (Digital Mock-Up, nebo DMU) a obsahují prvky
virtuální reality.“
„Equipment and System Engineering Solution“
„Vnitřní zařízení a systémy - produkty pro návrhy elektrických zařízení,
kabelových svazků a rozvodů - Aplikace pro návrh, modifikaci a analýzu
elektrických a kapalinových systémů s cílem řešit celkové uspořádání
prostorových poměrů v rámci průmyslového výrobku.“
„Analysis Solution“
„Inţenýrské analýzy - produkty pro jednoduché analýzy metodou
konečných prvků, určených pro konstruktéry k prvotní analýze jednotlivých
dílů nebo sestav. Aplikace jsou určeny zejména pro předběţné posouzení
správnosti navrţeného dimenzování konstrukce konstruktérem a zajišťují
rychle dostupnou informaci o stabilitě konstrukce přímo při jejím vzniku.
Umoţňují analyzovat napětí a vibrace.“
„Machining“
„NC obrábění - Předmětem specializovaných CAM aplikací je tvorba
numerických řídících dat pro počítačově řízené výrobní technologie na základě
geometrie CAD modelů.“
„Infrastructure Solution“
„Infrastruktura systému - Zahrnuje převodníky mezi CATIA V5 a další-
mi standardními formáty, umoţňuje výměnu dat s předchozí verzí CATIA V4.“
Kapitola 7.1 citována dle podkladů z [11].
7.2 Unigraphics NX
„NX, také známý jako NX Unigraphics nebo obvykle jen UG, je
moderní CAD software vyvinutý společností Siemens PLM Software
65
Aplikace CAD/CAM/CAE představují v příslušném průmyslovém
odvětví nejširší řadu integrovaných a plně asociativních řešení, které pokrývají
celý rozsah vývojových procesů v oblasti designu produktů, výroby a simulace.
Řešení NX poskytuje kompletní sestavu nástrojů pro integraci automatizace
procesů, a umoţňuje tak uţivatelům shromaţďovat a opětovně vyuţívat
znalosti o výrobcích a procesech. Na obrázku č. 37 je pohled na základní roz-
loţení pracovní části systému UG-NX.“
Obrázek č. 37: UG-NX – pohled na „obrazovku“
7.2.1 UG-NX - modulární systém
3D konstruování - NX CAD nabízí kompletní moţnosti tvorby 3D
modelů, sestav a nástrojů pro tvorbu výkresové dokumentace. NX nabízí také
nástroje pro import a editaci modelů z ostatních CAD systémů. Samotnou sekci
pak tvoří tvorba plechových dílů. Všechny moduly NX jsou navzájem
66
provázány tak, ţe se konstruktér můţe volně pohybovat mezi tvorbou modelu,
výkresu nebo sestavy.
Synchronní technologie je nástroj pro editaci modelů bez ohledu na
jejich historii. Pomocí nástrojů synchronní technologie můţe konstruktér stejně
jednoduše editovat neparametrický model importovaný z jiného CAD systému
jako model, který sám vytvořil. Tento nástroj nepřistupuje k modelu jako ke
"skupině" modelovacích prvků (vytaţení, otvor, dráţka…) ale jako k tělesu,
které je tvořeno stěnami. Změna modelu je realizována posunutím stěny,
změnou rozměru nebo tvaru stěny tělesa.
Průmyslový design a styling - tento proces u určitého typu výrobků
logicky začíná návrhem tvaru a vzhledu a pak teprve následuje řešení samotné
konstrukce. Oblast průmyslového designu vyuţívá moduly pro tvorbu plošných
těles a vizualizace.
Mechatronika - Elektromechanika je integrované prostředí pro
komplexní vývoj výrobku, které obsahuje i návrh elektromechanické části
výrobku. Díky svým vlastnostem umoţní spojit práci jak strojních
konstruktérů, tak práci elektrokonstruktérů v jednom prostředí.
Konstrukce nástrojů jsou specializované moduly tvorby forem pro
vstřikování plastů, pro tvorbu postupových nástrojů a elektrod. Kromě
programově řešených postupů pro tvorbu základního rozvrţení nástroje
vyuţívají také knihovny standardních dílů od firem, zabývajících se jejich
produkcí (HASCO, MEUSBURGER, apod.).
Kapitola 7.2 citována dle podkladů z [12].
7.3 CAD systémy
V kapitole č. 6 byly podrobněji zmíněny nejpouţívanější systémy, které
se podílí na tvorbě dokumentace pro automobilový průmysl. Je však nutné pro
úplnost připomenout, ţe na trhu je značné mnoţství dalších CAD systémů.
67
Výše uvedené systémy však poskytují komplexní řešení umoţňující
cestu od samotného designového návrhu výrobku, přes jeho konstrukční
zpracování a tvorbu výkresové dokumentace za podpory výpočetních modulů,
aţ po tvorbu programu umoţňující výrobu nástrojů pro navrhovaný díl nebo
celé sestavy.
Je zcela zřejmé, ţe výše uvedené systémy jsou poměrně cenově
náročné, nicméně vzhledem k tomu, ţe je nutná kompatibilita mezi
jednotlivými dodavateli a stále větší tlak na poskytování „ţivých“ dat, museli
se i menší výrobci tomuto tlaku přizpůsobit a pouţívají moduly těchto systémů.
68
PRAKTICKÁ ČÁST
69
8. VYBRANÝ DÍL - POPIS, VÝBĚR MATERIÁLU,
ZAFORMOVÁNÍ
8.1 Popis dílu
Jako praktickou ukázku principů popisovaných v teoretické části je
vybrána součást „Base“, jako část sestavy APM (Accelerator pedal module),
která je konstruována a vyráběna ve firmě Robert Bosch České Budějovice.
Jedná se o poměrně tvarově sloţitou plastovou součást, která je zákla-
dním nosným prvkem celé sestavy APM. Na tuto část jsou montovány ostatní
díly včetně částí elektroniky a celek potom tvoří výše uvedený APM modul,
který je moţno pouţít do široké palety vozů různých značek.
Obrázek č 38: Díl „Base“ (sériová produkce fa. RBCB)
8.2 Materiál dílu
Z výše uvedeného popisu dílu je patrné, ţe díl, který je základním
nosným prvkem musí být navrţen tak, aby splňoval náročné poţadavky, které
jsou na celou sestavu APM kladeny samotnými zákazníky, tedy především
automobilkami.
Základním předpokladem pro zajištění těchto poţadavků, je kromě
nutného předpokladu zvládnuté konstrukce i vhodně zvolený materiál dílu,
tedy plast, pokrývající celou paletu poţadavků a to včetně zachování parametrů
po celou dobu provozu vozidla.
70
Kritériem pro výběr materiálu však nejsou jenom jeho technické
parametry, ale ve stále větší míře se projevuje tlak automobilek na cenu, který
se samozřejmě promítá v kaţdé jednotlivé fázi návrhu výrobku, tedy i při
návrhu materiálu.
Pokud bychom pro díl „Base“ měli vybrat materiál, vybírali bychom
zejména z palety konstrukčních plastů plněných potřebným mnoţstvím
skleněných vláken, popřípadě polypropylén ze standardních plastů, který však
musí být plněn dlouhými skleněnými vlákny, abychom se alespoň částečně
přiblíţily plastům konstrukčním.
Po zhodnocení všech hledisek je jako nejvhodnější vybrán plněný
polyamid, tedy přesněji PA6 GF30, materiál plněný 30% krátkých skelných
vláken. Ostatní materiály jsou drahé, cena výsledného produktu by se stala
nekonkurenceschopnou a výrobek neprodejný nebo materiál není schopen
pokrýt specifikaci zákazníka a to ani za pouţití vyššího podílu skelných vláken
nebo dokonce dlouhých skelných vláken.
8.3 Konstrukce dílu
Konstrukce dílu je obecně řečeno navrţena tak, aby celá sestava
splňovala specifikaci zákazníka. Z hlediska plastů je pouţito principů
popisovaných v teoretické části této práce. Při návrhu se dále uplatňují
i pevnostní simulace a simulace tečení. Tyto simulace umoţňují optimalizaci
dílu jiţ při samotném návrhu a minimalizují se tak drahé a sloţité změny
konstrukce jiţ hotového dílu a potaţmo i nástrojů.
Samotný model je zhotoven tak, aby bylo moţné vyuţít shodné celky
konstrukce a měnit tedy jen tu část, která je odlišná dle poţadavků různých
zákazníků. Dále jsou i jednotlivé části modelovány tak, aby jejich případná
změna nutně neznamenala přemodelování celého dílu, ale pouze dílčí úpravu
„postiţené“ oblasti. Tento fakt je však vzhledem k pouţitému CAD systému
UG-NX 7.5 prakticky standard, neboť současné CAD systémy jiţ ani nepo-
čítají s moţností, ţe by byl model vytvořen „neparametricky“.
71
8.4 Zaformování dílu
Návrh formování a koncepce formy samotné je velkou měrou ovlivněna
konstrukcí a tvarem dílu. Je tedy i zodpovědností kaţdého jednotlivého
konstruktéra navrhnout díl tak, aby bylo vyuţito co moţná nejméně
formovacích směrů. Samozřejmě, ţe v některých případech je tato podmínka
obtíţně udrţitelná, ale při návrhu dílu je nanejvýše vhodné mít toto na paměti
a pokusit se o co nejjednodušší formování.
Podíváme-li se na díl „Base“ je zřejmá jeho tvarová sloţitost, způsobená
integrací mnoha funkcí. Jde vlastně o nosnou část celého APM modulu.
Z tohoto pohledu je tedy velmi obtíţné dodrţet „čistotu“ konstrukce tak, aby
nemusely být pouţity vloţky formující díl do různých směrů.
8.4.1 Zaformování dílu „Base“
V následující kapitole se podíváme, jak probíhá formování dílu „Base“.
Pro lepší pochopení je proveden náčrt směrů formování do obrázku
„vyřezaného“ z CAD systému.
Obrázek č. 39: Díl „Base“ - základní zaformování vnitřních tvarů
72
Obrázek č. 40: Díl „Base“ - základní dělení nástroje
Z výše uvedených obrázků vyplývá značná sloţitost formování a tedy
následně i formy. V případě, kdy zákazník poţaduje velké mnoţství APM
modulů a je tedy nutné volit i větší násobnost formy, která je velice sloţitá na
Zaformování vnitřních tvarů
Základní formovací směr
Základní formovací směr
73
konstrukci a samozřejmě tomu odpovídá také její velikost a potaţmo i volba
velikosti samotného lisu, na který bude nástroj nasazen.
Z praktického hlediska je však nemoţné volit koncepci nástroje pro tento
konkrétní díl více neţ čtyřkavitní a i tato volba je jiţ velice náročná z hlediska
konstrukčního řešení tak i výroby a hlavně korekcí nástroje. Jako optimální se
zde jeví nástroj dvoukavitní, který však vţdy nemusí pokrýt kapacitní
poţadavky zákazníka.
Všechny tyto parametry, tedy násobnost formy, velikost lisu, vstřikovací
cyklus, délka korekcí, rozhodují o výsledné ceně produktu. Základem konečné
ceny je však především samotná konstrukce a proto je nutné, aby jiţ samotný
návrh byl nejen funkční, ale bral ohled i na samotnou výrobu, technologii
montáţe a další moţné technologické procesy.
74
9. MOŢNÁ NÁHRADA SLOŢITĚ FORMOVATELNÉHO
DÍLU JEDODUŠŠÍM, PŘI ZACHOVÁNÍ FUNKČNOSTI
V kapitole č. 8. byla popsána součást „Base“ a technologie výroby tohoto
dílu. Je zde také vidět, ţe výroba takto tvarově sloţité součásti je velice
náročná.
Poloţme si otázku: „Je technicky moţné zjednodušit tento výlisek při
zachování funkčnosti?“
V této kapitole se pokusíme takové řešení ukázat. Pro celkové ekono-
mické zhodnocení je však nutné vzít v úvahu nejenom řešení konstrukce a ná-
stroje, tak i náročnost montáţe a další výrobní i technologické ukazatele.
9.1 Úprava konstrukce
Při návrhu součásti bylo pouţito materiálového a funkčního schématu
součásti stávající, ale celá konstrukce byla upravena tak, aby se výrazně
zjednodušilo formování. Výsledkem tohoto je součást, která by mohla mít tvar
dle obrázku č. 41.
Obrázek č. 41: Díl „Base“ – moţný návrh „nové“ konstrukce s ohledem na
jednodušší formování.
75
Z výše uvedeného obrázku je patrné, ţe díl je poněkud „otevřený“
a neplnil by tedy všechny poţadované funkce. Proto je nutné díl „uzavřít“
a doplnit tak další funkční plochy. Na obrázku č. 42 je vidět moţná celková
náhrada stávající konstrukce a její vizuální porovnání.
Obrázek č. 42: porovnání stávající konstrukce s moţnou náhradou
Z obrázku č. 42 je také patrné, ţe na pokrytí všech poţadovaných funkcí
potřebujeme v případě upravené konstrukce dva díly a tedy i dva formovací
nástroje.
V úvodu kapitoly 9, bylo řečeno: „Pro celkové ekonomické zhodnocení je
však nutné vzít v úvahu nejenom řešení konstrukce a nástroje, ale i náročnost
montáţe apod.“. Dále by tedy měla být zhodnocena ekonomická „výtěţnost“
takovéto úpravy.
Pro celkové technické zhodnocení bude dále popsáno zaformování
„nového“ dílu „Base“ dále jen „New base“.
9.2 Zaformování dílu „New base“
V kapitole 8 bylo také ukázáno poměrně obtíţné formování dílu „Base“
ze stávající produkce. Pro tento díl bylo potřeba kromě základního dělení
odformovat tři další směry, pouţít i vloţky vloţené do dalších vloţek a provést
přesné časování pojezdů tak, aby nedošlo k havárii nástroje. Jak jiţ bylo
76
řečeno, vzhledem k takové „komplikovanosti“ můţe být vyuţit maximálně
čtyřkavitní nástroj.
Pokud se podíváme na formování dílu „New base“ je na první pohled
zřejmé značné zjednodušení dílu. Na obrázku č. 43 je rozkresleno, jak by vypa-
dalo základní dělení nástroje.
Obrázek č. 43: Díl „New base“ - základní dělení nástroje
Základní formovací směr
(dělení nástroje)
77
Z obrázku č. 43 je patrné, ţe na odformování dílu bude kromě základního
dělení potřeba pouze jedna vloţka, která bude formovat podstavu. Nástroj také
neobsahuje ţádné další vloţky vloţené do dalších vloţek, jako tomu je
v případě původního dílu „Base“.
9.3 Moţná koncepce formy „New base“
Vzhledem ke značnému zjednodušení konstrukce dílu, sníţení počtu
odformovacích směrů, bude i značně jednodušší konstrukce nástroje a je tedy
moţné volit tento nástroj i více neţ čtyřkavitní. Na obrázku č. 44 je schéma
základní koncepce čtyřkavitního nástroje a na obrázku č. 45 osmikavitního,
který se z poměrů velikosti nástroje, velikosti lisu a délky vstřikovacího cyklu
jeví jako ekonomicky hraniční. Při volbě více neţ osmikavitní koncepce
nástroje musí být jiţ volen úměrně větší lis s většími náklady na hodinovou
sazbu, coţ by neúměrně prodraţilo výrobu a tedy i cenu dílu.
Obrázek č. 44: Díl „New base“ – schéma čtyřnásobného nástroje
Obrázek č. 45: Díl „New base“ – schéma osminásobného nástroje
78
10. ZÁVĚR
Jak bylo vytýčeno v úvodní části, cílem této diplomové práce je přinést
přehled o základních, nejvíce pouţívaných plastech v automobilovém průmy-
slu, u některých z nich ukázat moţný rozsah pouţití, jejich vlastnosti a dále
přiblíţit konstrukční zásady, které je nutné dodrţovat při návrhu výlisku.
Z tohoto důvodu je zmíněna i norma DIN 16 901, která je základním vodítkem
při stanovování tolerancí.
Vzhledem k záměru vytvořit komplexní přehled, jsou v této práci také
zpracovány kapitoly věnované vstřikovacím formám, korekcím těchto forem,
měření, jakoţ i přehledu moţných CAD systémů, které jsou v automobilovém
průmyslu nejvíce pouţívány.
V části praktické byl následně proveden rozbor konkrétního plastového
dílu vyráběného v fa. Robert Bosch České Budějovice, z pohledu výběru vhod-
ného typu termoplastu, konstrukce a zaformování. Dále je zde ukázána
moţnost náhrady tohoto dílu jiným, z hlediska konstrukce jednodušším
a také z hlediska zaformování přijatelnějším.
Při celkovém pohledu na tuto práci bylo hlavní cílem, přiblíţit oblast
plastů v základní rovině poznání těm lidem, kteří se s plasty, zásadami při
jejich konstrukci a zpracováním teprve seznamují a přinést tak první, základní
náhled do této problematiky.
Z pohledu zvoleného rozsahu a moţných oblastí vyuţití, tedy jako
základní firemní školicí materiál začínajících konstruktérů a technických
pracovníků, popřípadě jako výuková pomůcka technických škol a učilišť, se
jeví zvolený rozsah i obsahová stránka této práce jako přiměřeně dostatečná,
a vytýčené cíle jsou z pohledu autora splněny.
79
SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY A PRAMENŮ
[1] ROBERT BOSCH, Termoplasty – školící materiály. České Budějovice:
Odd. FV/PLK1 1998. ISBN neuvedeno
[2] DUPONT, General Design Principles for Dupot Engineering, Dupot
Switzerland: 1996 H-34737. ISBN neuvedeno
[3] HOECHST AG, Technische Kunststoffe, Frankfurt am Main: Marketing
Technische Kunststoffe Deutschland. ISBN neuvedeno
[4] NORMENAUSSCHUSS KUNSTSTOFFE (FNK) IM DIN DEUTSCHES
INSTITUT FUER NORMUNG E.V., NORMENAUSSCHUSS LAENGE
UND GESTALT (NLG) IM DIN, DIN 16 901, Berlin: Beuth Verlag GmbH
1982. ISBN neuvedeno
[5] Vítejte na stránkách firmy Forez
http://www.forez.cz ,20.9.2011
[6] Vstřikovací formy
http://www.zv-nastroje.cz/web/index.php/cs/vyrobky/formy, 20.9.2011
[7] TECHNOLOGY WITH VISION – WELCOME TO HELLA
http://www.hella.com, 25.10.2011
[8] Injection moulds
http://www.skd-bojkovice.cz, 26.10.2011
[9] Normalien
http://www.hasco.com/de/Produkte/Normalien, 26.11.2011
[10] Lisovna plastů
http://www.kasko.cz/lisovna-plastu/, 26.11.2011
[11] CATIA V5
http://dytron.cz/catia-popis/catia-v5.aspx, 10.9.2012
[12] AXIOM TECH
http://www.axiomtech.cz/, 11.9.2012
[13] http://www.cad.cz/strojirenstvi/38-strojirenstvi, 20.9.2011
[14] http://www.mitutoyo.czech.cz/ - 20.11.2011
[15] http://www.designtech.cz/c/plm/k-plastovemu-dilu-cesta-dlouha.htm -
6.11.2012
80
BIBLIOGRAFICKÉ ÚDAJE
Jméno autora: Bc. Václav Číţek
Obor: pedagogika – učitelství fyzika, technická výchova
Forma studia: kombinovaná
Název práce: Návrh a výroba plastové součásti
Rok: 2012
Celkový počet stran: 79
Počet titulů literatury a pramenů: 15
Vedoucí práce: PaedDr. Alena Poláchová, Ph.D.